Hệ thống thông tin di động sử dụng Femtocell

Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mở đầu

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 1
MỞ ĐẦU

Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với
những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc
sống hằng ngày. Các kĩ thuật không ngừng đƣợc hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của
ngƣời tiêu dùng. Để đáp ứng nhu cầu băng thông lớn, tốc độ ngày càng cao của con
ngƣời thì 3G cũng nhƣ phát triển lên 4G ngày càng trở lên vô cùng cấp thiết.
Để có thể tạo ra một mạng 4G(LTE) đáp ứng đƣợc các nhu cầu ngƣời sử dụng,
và áp dụng triển khai thực tế, các nhà mạng các công ty sản xuất thiết bị cũng nhƣ các
tổ chức tiêu chuẩn đã không ngừng nghiên cứu và thử nghiệm. Việc áp dụng các lý
thuyết cơ bản, các ứng dụng thực tế đã đem lại kết quả khả quan cho sự phát triển 4G.
Một giải pháp tƣơng đối đơn giản đó là làm giảm khoảng cách đến với thiết bị ngƣời
dùng di động, thì hiệu quả mang lại là rất lớn. Khi trạm gốc đƣợc đặt trong nhà sẽ có
khả năng cung cấp một dịch vụ băng thông rộng và tốc độ cao. Và truyền tải thoại
không có ƣu cầu quá cao sẽ vẫn đƣợc duy trì trên trạm gốc của nhà cung cấp dịch vụ
đặt bên ngoài. Nhƣng thực tế nó cũng gặp phải thách thức về nhiễu giữ trạm gốc trong
nhà và trạm gốc bên ngoài. Các nhà cung cấp thiết bị hay các tổ chức nghiên cứu cũng
đƣa ra các giải pháp cho thách thức này. Vì vậy, trong đồ án này, em nghiên cứu đề
tài: “Hệ thống thông tin di động sử dụng Femtocell” với trọng tâm là tìm hiểu một số
thuật toán điều khiển công suất cho mạng thông tin di động sử dụng femtocell ở
Chƣơng 3. Quyền đồ án gồm 4 chƣơng là:
Chương1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advance.
Chương 2: Hệ thống thông tin di động LTE/LTE-Advanced sử dụng femtocell.
Chương 3: Một số giải pháp cho hệ thống LTE/LTE-Advanced sử dụng femtocell.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị.
Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của
các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án đƣợc hoàn thiện hơn. Em chân thành
cảm ơn thầy Trƣơng Trung Kiên đã giúp em hoàn thành đồ án này!

Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2012.
Ngƣời thực hiện

Phạm Phƣơng Đông
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 1
MỤC LỤC

CHƢƠNG1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
LTE/LTE ADVANCED 9
1.1 Tổng quan về lịch sử thông tin di động 9
1.1.1 Hệ thống 1G 9
1.1.2 Hệ thống 2G 9
1.1.3 Hệ thống 3G 13
1.1.4 Hệ thống 4G 16
1.2 Tổng quan LTE/LTE Advanced 18
1.2.1Lịch sử ra đời LTE 18
1.2.2 Mong muốn đặt ra cho LTE 19
1.2.3 Các truy cập vô tuyến trong LTE 20
1.2.4 Sử dụng hệ thống MIMO trong LTE : 25
1.2.5 Các băng tần hỗ trợ : 27
1.2.6 LTE Advanced 28
1.3 Các phƣơng pháp tăng hiệu quả hệ thống thông tin di động (LTE) 29
CHƢƠNG2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE\LTE-ADVACEDSỬ DỤNG
FEMTOCELL 32
2.1 Giới thiệu về Femtocell 32
2.2 Các khía cạnh kỹ thuật Femtocell 35
2.2.1 Tiêu chuẩn Femtocell 35
2.2.2 Đƣờng lên và xuống Femtocell 37

2.2.3 Kết nối Femtocell tới mạng lõi 42
2.3 Thách thức đối với Femtocell 49
2.3.1 Thách thức về kỹ thuật 49
2.3.2 Các vấn đề kinh tế và quản lý 55
CHƢƠNG 3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG LTE\LTE ADVANCED SỬ DỤNG
FEMTOCELL 59
3.1 Quản lý công suất cho mạng femtocell xanh 59
3.1.1Femtocell môi trƣờng doanh nghiệp 60
3.1.2 Thuật toán điểu khiển công suất 62
3.1.3 Ví dụ Femtocell tối ƣu hóa 68
3.2 Thiết lập công suất thích ứng 69
3.2.1 Đề án mức công suất thích nghi 70
3.3 Đánh giá và mô phỏng 74
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 2
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81
4.1 Kết luận 81
4.2 Kiến nghị 81



Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 3
MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG

Hình 1.1: Mạng tế bào tái sử dụng tần số. 10
Hình 1.2: Cặp băng tần đƣờng lên và xuống trong GMS 900 11
Hình 1.3: Tổng quan mạng 3G 13

Hình 1.4: Tiến trình phát triển thông tin di động 17
Hình 1.5: Số lƣợng thuê bao di động 2008-2017 18
Hình 1.6: Sơ đồ thu phát OFDM 21
Hình 1.7: OFDMA 22
Hình 1.8: Thu và phát SC-FDMA 24
Hình 1.9: Nguyên tắc của truyền MIMO 26
Hình 1.10:Giải pháp small cell 31
Hình 2.1: Femtocell đơn giản 33
Hình 2.2: Tổng quát Femtocell 35
Hình 2.3: Mô hình truyền thống. 40
Hình 2.4: Mô hình 4G Marcocell đang dùng 41
Hình 2.5: Mô hình BS ngẫu nhiên hoàn toàn 41
Hình 2.6: Kiến trúc giải pháp Iub-trên-IP 43
Hình 2.7: Bộ giao thức của giải pháp « Iub trên IP » 43
Hình 2.8: Kiến trúc giải pháp Iu trên IP 45
Hình 2.9: Bộ giao thức của giải pháp « Iu trên IP » 45
Hình 2.10:Bộ giao thức của giải pháp dựa trên UMA/GAN 47
Hình 2.11: Kiến trúc giải pháp dựa trên IMS/SIP 48
Hình 2.12:Bộ giao thức của giải pháp dựa trên IMS/SIP 48
Hình 2. 13: Phối nhiễu trong Femtocell 50
Hình 2.14: Liên kết di động cân bằng mạng không đồng nhất 52
Hình 3.1: Femtocell triển khai trong doanh nghiệp 60
Hình 3.2: Femtocells triển khai trong chế độ rỗi 63
Hình 3.3: Sơ đồ thuật toán tối ƣu hóa công suất văn phòng 65
Hình 3.4: Đo sự can thiệp tế bào khác 66
Hình 3.5: Hìnhảnh của đề án thiết lập công suất 71
Hình 3.6: Sơ đồ thuật toán công suất thích ứng 72
Hình 3.7: Thâm nhập ƣớc tính tổn thất giữa femtocell BS và macrocell MS 74
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Mục lục

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 4
Hình 3.8: Trƣờng hợp CR=2km; PL =30dB 77
Hình 3.9: Trƣờng hợp CR=2km; PL =10 dB 78
Hình 3.10: Trƣờng hợp CR=0,289km; PL=10 dB 79
Hình 3.11: Trƣờng hợp CR= 0,289Km; PL= 30dB 80

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Các băng tần sử dụng trong LTE ………………………………………… …28
Bảng 2: So sáng LTE-Advanced với LTE ….……………………………………… ….29
Bảng 3: Các thông số thiết lập macrocell giả định………………………………………73
Bảng 4: Các thông số thiết lập femtocell giả định………………………… …………74

Đồ án Tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 5

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

STT
Kí hiệu
Tên tiếng anh
Tên tiếng việt
1
AAA
Authentication, Authorization, and
Accounting
Xác thực, ủy quyền và
tính cƣớc
2
ACS

Auto Configuration Server
Máy chủ cấu hình tự
động
3
AF
Amplify-and-forward
Khuếch đại và chuyển
tiếp
4
AMPS
Advanced Mmobile Phone System
Hệ thống điện thoại di
động tiên tiến
5
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Chuyển mạch gói không
đồng bộ
6
BER
Bit Error Rate
Tỷ lệ lỗi bit
7
BS
Base Station
Trạm gốc
8
BSC
Base Station Central
Trung tâm trạm gốc

9
BTS
Base Transceiver Station
Trạm thu phát sóng di
động
10
CC
Call Control
Điều khiển cuộc gọi
11
CDMA
Code Division Multiple Access
Da truy nhập phân mã
12
CSCF
Call Session Control Function
Chức năng điều khiển
phiên gọi
13
CSI
Channel State Information
Kênh thông tin trạng
thái
14
CSG
Close Subscriber Group
Nhóm thuê bao đóng
15
D-AMPS
Digital AMPS

Hệ thống điện thoại di
động số tiên tiến
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 6
16
DF
Decode-and-Forward
Giải mã và chuyển tiếp
17
DL
Downlink
Đƣờng xuống
18
DTF
Domain Transfer Function
Chuyển giao chức năng
mềm
19
DTM
Dynamic synchronous Transfer Mode
Phƣơng thức truyền tải
đồng bộ động
20
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM
Evolution
Công nghệ di động đƣợc
nâng cấp từ GPRS
21

FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh
22
FDD
Frequency Division Duplex
Truyền song công phân
chia theo tần số
23
FDMA
Frequency Division Mutiple Access
Đa truy nhập phân tần
số
24
FGW
Femtocell GateWay
Cổng femtocell
25
FM
Frequency Modulation
Điều chế tần số
26
F-RS
Fixed Relay Station
Trạm chuyển tiếp cố
định
27
GAN
Generic Access Network
Truy cập mạng chung

28
GANC
GAN controller
Điều khiển truy nhập
mạng chung
29
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói
tổng hợp
30
GSM
Global System for Mobile
Communications
Hệ thống thông tin di
động toàn cầu
31
HO
Hand Over
Chuyển giao
32
HSPA
High Speed Packet Access
Truy cập gói tốc độ cao
33
HSS
Home Subscriber Server
Thuê bao máy chủ nhà
34
IDFT

Inverse Discrecte Fourier Transform
Biến đổi rời rạc Fourier
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 7
đảo
35
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
Biến đổi nhanh Fourier
đảo
36
IMS
IP Multimedia Subsystem
IP đa phƣơng tiện hệ
thống phụ
37
ITU
International Telecommunication
Union
Liên minh viễn thông
Quốc tế
38
LOS
Line of Sight
Tầm nhìn thẳng
39
LTE
Long Term Evolution
Tiến hóa dài hạn

40
MBSFN
Methods Broadcast Single Frequency
Network
Phƣơng pháp mạng phát
sóng tần số duy nhất
41
MIMO
Multiple Input Multiple Output
Đa đầu vào đa đầu ra
42
MM
Mobility Management
Quản lý di động
43
MME
Mobility Management Entity
Thực thể quản lý tính di
động
44
M-RS
Mobile Relay Station
Chuyển tiếp trạm điện
thoại di động
45
MS
Mobilde Station
Trạm di động
46
MSC

Mobile Switching Center
Tổng đài chuyển mạch
di động
47
OFDM
Orthogonal frequency
division multiplexing
Ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao
48
OSG
Open Subscriber Group
Nhóm thuê bao mở
49
PAPR
Peak to Average Power Ratio
Tỷ lệ công suất đỉnh so
với trung bình
50
PDG
Packet Data Gateway
Cổng gói dữ liệu
51
QI
Quality Indicator
Chỉ số chất lƣợng
52
QoS
Quality of Service
Chất lƣợng dịch vụ

Đồ án Tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 8
53
RNC
Radio Network Controller
Khối điều khiển mạng
vô tuyến
54
RSSI
Received Signal Strength Indicator
Chỉ số cƣờng độ tín hiệu
nhận đƣợc
55
RRC
Radio Resource Control
Điều khiển tài nguyên
vô tuyến
56
SC-FDMA
Single Carrier-Frequency Division
Multiple Access
Đa truy cập phân tần
một kênh truyền duy
nhất
57
SDMA
Space Domain Multiple Access
Đa truy nhập miền
không gian

58
SIP
Session Initiation Protocol
Giao thức phiên khởi
đầu
59
SIPTO
Selected IP Traffic Offload
Chọn giảm tải lƣu lƣợng
IP
60
SINR
Signal to Interference plus Noise Ratio
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
cộng tạp âm
61
SGSN
Serving GPRS Support Node
Nốt hỗ trợ phụ vụ GPRS
62
SNR
Signal to Noise Ratio
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
63
TACS
Total Access Communication Sytem
Hệ thống giao tiếp truy
cập tổng hợp
64
TDD

Time Division Duplex
Truyền song công phân
chia theo thời gian
65
TDMA
Time Division Multiple Access
Đa truy nhập phân theo
thời gian
66
UE
User Equipment
Thiết bị ngƣời dùng
67
UL
Up Link
Đƣờng lên
68
UMTS
Universal Mobile
Telecommunications Systems
Hệ thống viễn thông di
động toàn cầu

Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 9
CHƢƠNG1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG LTE/LTE ADVANCED

Thông tin di động không còn là khái niệm xa lạ và sự phát triển nhanh chóng

của nó cũng đƣợc nhìn thấy rõ ràng. Theo Martin Cooper Arraycomm: "Khả năng di
động đã tăng gấp đôi sau 30 tháng kể từ hơn 104 năm qua". Và tốc độ của nó có thể
vƣợt ngoài dự đoán trƣớc đây. Trong chƣơng 1 em muốn giới thiệu khái quát nhất về
hệ thống thông tin di động từ thế hệ đầu tiên là 1G đến thế hệ mới nhất là 4G(LTE).
Đồng thời trình bày tổng quan về hệ thống LTE/LTE-Advanced. Một số cách làm tăng
hiệu quả hệ thống các giải pháp mới nhằm đáp ứng đƣợc sự tăng trƣởng của hệ thống.
1.1 Tổng quan về lịch sử thông tin di động
1.1.1 Hệ thống 1G
Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tƣơng tự, là hệ thống truyền tín hiệu
tƣơng tự (analog), là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, đƣợc khơi mào ở
Nhật vào năm 1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có thể kể đến là
: NMT (Nordic Mobile Telephone) đƣợc sử dụng ở các nƣớc Bắc Âu, Tây Âu và Nga.
Cũng có một số công nghệ khác nhƣ AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – hệ
thống điện thoại di động tiên tiến) đƣợc sử dụng ở Mỹ và Úc; TACS (Total Access
Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) đƣợc sử dụng ở Anh,
C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia.
Hầu hết các hệ thống đều là hệ thống analog và yêu cầu chuyển dữ liệu chủ yếu
là âm thanh. Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba. Một số
chuẩn trong hệ thống này là: NTM, AMPS, Hicap, CDPD, Mobitex, DataTac. Những
điểm yếu của thế hệ 1G là dung lƣợng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng
chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lƣợng âm thanh kém, không có chế độ bảo
mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng .
1.1.2 Hệ thống 2G
Năm 1982, hội nghị quản lý bƣu điện và viễn thông ở Châu Âu (CEPT –
European Conference of Postal and Telecommunications adminstrations) thành lập 1
nhóm nghiên cứu, GSM – Group Speciale Mobile, mục đích phát triển chuẩn mới về
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 10
thông tin di động ở Châu âu. Năm 1987, 13 quốc gia ký vào bản ghi nhớ và đồng ý

giới thiệu mạng GSM vào năm 1991. Năm 1988, Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu
(ETSI – European Telecommunication Standards Institute) đƣợc thành lập, có trách
nhiệm biến đổi nhiều tiến cử kỹ thuật GSM thành chuẩn European.Sự phát triển kỹ
thuật từ FDMA 1G, 2G là kết hợp FDMA và TDMA.
Hệ thống 2G phát triển kèm theo nhiều cải tiến mới cũng nhƣ việc sử dụng triệt
để nguồn tài nguyên tần số vô tuyến. Hệ thống thông tin mạng tế bào đã đƣợc triển
khai góp phần tái sử dụng tần số. Hình sau đây là hệ thống di động tế bào tái sử dụng
tần số.

Hnh 1.1: Mạng tế bào tái sử dụng tần số.
Ta thấy mỗi vùng đƣợc phân chia thành 7 nhóm tế bào đánh số từ Cell 1 đến Cell 7.
Các tế bào đánh số khác nhau sẽ sử dụng cùng một nhóm tần số giống nhau, và mỗi tế
bào sẽ đƣợc sử dụng 1/7 số kênh có sẵn.
Tất cả các chuẩn của thế hệ này đều là chuẩn kỹ thuật số và đƣợc định hƣớng
thƣơng mại, bao gồm: GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS,
HSCSD, WiDEN và CDMA2000 (1xRTT/IS-2000). Trong đó khoảng 60% số mạng
hiện tại là theo chuẩn của châu Âu. Một số tiến bộ của hệ thống 2G so với 1G là:
- Những cuộc gọi di động đƣợc mã hóa kĩ thuật số.
- Cho phép tăng hiệu quả kết nối các thiết bị.
- Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động, khởi
đầu là tin nhắn SMS.
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 11
1.1.2.1 Đặc điểm của hệ thống :
Hệ thống GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ (890-
960MHz). Băng tần đƣợc chia làm 2 phần:

Hnh 1.2: Cặp băng tần đường lên và xuống trong GMS 900
- Uplink band từ (890 – 915) MHz

- Downlink ban từ (935 – 960)MHz
Băng tần gồm 124 sóng mang đƣợc chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz,
khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng
biệt cho 2 đƣờng lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2 tần số là
không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe
thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM. Tốc độ mã từ
(6.5- 13)Kbps. 125 kênh tần số đƣợc đánh số từ 0 đến 124 đƣợc gọi là kênh tần số
tuyệt đối
- Sử dụng các phƣơng pháp đa truy nhập chính là :
+ Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple
Access ).
+ Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Multiple
Access).
+ Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access).
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 12
1.1.2.2 Các hệ thống điển hình
Thế hệ thứ hai (2G) xuất hiện vào những năm 90 với mạng di động đầu tiên,sử
dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Trong thời kỳ của thế hệ
thứ hai, nền công nghệ thông tin di động đã tăng trƣởng vƣợt trội cả về số lƣợng thuê
bao và các dịch vụ giá trị gia tăng. Các mạng thế thứ hai cho phép truyền dữ liệu hạn
chế trong khoảng từ 9.6 kbps đến 19.2 kbps. Các mạng này đƣợc sử dụng chủ yếu cho
mục đích thoại và là các mạng chuyển mạch kênh.Tƣơng tự nhƣ trong 1G, không tồn
tại một chuẩn chung toàn cầu nào cho 2G, hiện nay các hệ thống 2G dựa trên 3 chuẩn
công nghệ chính sau:
- D-AMPS (Digital AMPS): Đƣợc sử dụng tại Bắc Mỹ. D-AMPS đang dần
đƣợcthay thế bởi GSM/GPRS và CDMA2000.
- GSM (Global System for Mobile Communications): Các hệ thống triển khai
GSM đƣợc sử dụng rất rộng rãi trên thế giới (ngoại trừ Bắc Mỹ, Nhật). Hệ

thống GSM dồn kênh phân chia tần số đƣợc sử dụng, với mỗi đầu cuối di động
truyền thông trên một tần số và nhận thông tin trên một tần số khác cao hơn
(chênh lệch 80MHz trong D-AMPS và 55MHz trong GSM). Trong cả hai hệ
thống, phƣơng pháp dồn kênh phân chia thời gian lại đƣợc áp dụng cho một cặp
tần số, làm tăng khả năng cung cấp dịch vụ đồng thời của hệ thống. Tuy nhiên,
các kênh GSM rộng hơn các kênh AMPS (200kHz so với 30kHz) qua đó GSM
cung cấp độ truyền dữ liệu cao hơn D-AMPS
- CDMA (code Division Multiple Access): CDMA sử dụng công nghệ đa truy
cập thông qua mã . Nhờ công nghệ này mà CDMA có thể nâng cao dung lƣợng
cung cấp đồng thời các cuộc gọi trong một cell cao hơn hẳn so với hai công
nghệ trên.
- PDC (Personal Digital Cellular): Là chuẩn đƣợc phát triển và sử dụng duy
nhất tại Nhật Bản. Giống nhƣ D-AMPS và GSM, PDC sử dụng TDMA.
1.1.2.3 GSM Phát triển lên 2.75G



Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 13
Trong đó :
- HSCSD( High Speed Circuit Switched Data): số liệu chuyển mạch kênh tốc độ
cao.
- GPRS(General Packet Radio Service): dịch vụ vô tuyến gói chung:Hệ thống
GPRS bƣớc đầu tiên hƣớng tới 3G. Mở rộng kiến trúc mạng GSM. Truy cập
tốc độ cao và hiệu quả tới những mạng chuyển mạch gói khác (tăng tới
115kbps). Có thể coi GPRS là thế hệ thông tin di động 2.5 G.
- EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution): tốc độ số liệu tăng cƣờng để
phát triển GSM:EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một chu kỳ.
Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đã định nghĩa 384kbps là

giới hạn tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong môi
trƣờng không lý tƣởng. 384kbps tƣơng ứng với 48kbps trên mỗi khe thời gian,
giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian. Đây là công nghệ di động thế hệ 2.75G.
1.1.3 Hệ thống 3G

Hnh 1.3: Tổng quan mạng 3G
Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ
điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu,
gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh ). 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch
gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn
khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công nghệ này so với công nghệ
2G và 2.5G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lƣợng cao
cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Với công
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 14
nghệ 3G, các nhà cung cấp có thể mang đến cho khách hàng các dịch vụ đa phƣơng
tiện, nhƣ âm nhạc chất lƣợng cao; hình ảnh video chất lƣợng và truyền hình số; Các
dịch vụ định vị toàn cầu (GPS); E-mail; video thời gian thực ; chơi game tốc độ cao;
Quốc gia đầu tiên đƣa mạng 3G vào sử dụng rộng rãi là Nhật Bản. Vào năm
2001, NTT Docomo là công ty đầu tiên ra mắt phiên bản thƣơng mại của mạng W-
CDMA. Năm 2003 dịch vụ 3G bắt đầu có mặt tại châu Âu. Tại châu Phi, mạng 3G
đƣợc giới thiệu đầu tiên ở Marốc vào cuối tháng 3 năm 2007 bởi Công ty Wana.
1.1.3.1 Đặc điểm cơ bản 3G
Các mạng 3G đã đƣợc đề xuất để khắc phục những nhƣợc điểm của các mạng
2G và 2.5G đặc biệt ở tốc độ thấp và không tƣơng thích giữa các công nghệ nhƣ
TDMA và CDMA giữa các nƣớc. Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-200
(International Mobile Telecommunication-2000) cho hệ thống 3G với các ƣu điểm
chính đƣợc mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:
- Cung cấp dịch vụ thoại chất lƣợng cao

- Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, )
- Các dịch vụ đa phƣơng tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc, )
- Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, )
- Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tƣơng thích toàn cầu
giữa các hệ thống.
Để thoả mãn các dịch vụ đa phƣơng tiện cũng nhƣ đảm bảo khả năng truy cập
Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhƣngthực
tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất khó, vì vậy chỉ có
những ngƣời sử dụng không di động mới đƣợc đáp ứng băng thông kết nối này, còn
khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là 144Kbps.
Theo đặc tả của ITU một công nghệ toàn cầu sẽ đƣợc sử dụng trong mọi hệ
thống IMT2000, điều này dẫn đến khả năng tƣơng thích giữa các mạng 3G trên toàn
thế giới. Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G chủ đạoUMTS(W-
CDMA) và CDMA2000.
- UMTS (W-CDMA):UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên
công nghệ W-CDMA, là giải pháp đƣợc ƣa chuộng cho các nƣớc đang triển
khai các hệ thống GSM muốn chuyển lên 3G. UMTS đƣợc hỗ trợ bởi Liên
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 15
Minh Châu Âu và đƣợc quản lý bởi 3GPP (third Generation Partnership
Project), tổ chức chịu trách nhiệm cho các côngnghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt
động ở băng thông 5MHz, cho phép các cuộc gọi có thể chuyển giao một cách
hoàn hảo giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có.
- CDMA2000:Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự
tiếp nối đối với cáchệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2.
CDMA2000 đƣợc quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi
3GPP của UMTS. CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps.
Hệ thống CDMA2000 không có khả năng tƣơng thích với các hệ thống GSM
hoặc D-AMPS của thế hệ thứ 2.

- TD-SCDMA:Chuẩn đƣợc it biết đến hơn là TD-SCDMA đang đƣợc phát triển
tại Trung Quốc bởi các công ty Datang và Siemens
Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào UMTS tầnsố
cấp phát trong 2 băng Uplink (1885 – 2025)MHz và Downlink (2110 – 2200)MHz.
UMTS sử dụng WCDMA nhƣ một cơ cấu vận chuyển vô tuyến. Điều chế trên đƣờng
lên và xuống là khác nhau. Đƣờng xuống sử dụng dịch khóa pha cầu phƣơng (QPSK)
cho tất cả những kênh vận chuyển. Tuy nhiên, đƣờng lên sử dụng 2 kênh riêng biệt để
thực hiện quay vòng của bộ phát ở trạng thái on và off để không gây ra nhiễu trên
đƣờng audio, những kênh đôi ( dual channel phase chifl keying) dùng để mã hóa dữ
liệu ngƣời dùng tới I hoặc đầu vào In-phase tới bộ điều chế DQPSK, và điều khiển dữ
liệu đã đƣợc mã hóa bằng việc sử dụng mã khác nhau tới đầu vào Q hoặc quadrature
tới bộ điều chế.
Ƣu điểm của công nghệ W-CDMA so với GSM:
- Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến.
- Có khả năng truyền tải đa phƣơng tiện.
- Thực hiện truyền tải dịch vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là
2Mbps.
- Tính bảo mật của cuộc thoại và mức độ hiệu quả khai thác băng tần cao hơn.
- Có khả năng chuyển mạch mềm, tích hợp đƣợc với mạng NGN.
- Chất lƣợng thoại đƣợc nâng lên và dung lƣợng mạng tăng lên 4-5 lần so với
GSM.
- CDMA có cơ chế giúp tiết kiệm năng lƣợng, giúp tăng thời gian thoại của pin.
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 16
- Khả năng mở rộng dung lƣợng của CDMA dễ dàng và chi phí thấp hơn so với
GSM.
1.1.3.2 Mạng 3G phát triển lên 3.5G
3.5G là những ứng dụng đƣợc nâng cấp dựa trên công nghệ hiện có của 3G.
Công nghệ của 3.5G chính là HSDPA (High Speed Downlink Package Access). Đây là

giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ, đƣợc phát triển trên cơ sở của hệ thống
3G W-CDMA. HSDPA cho phép download dữ liệu về máy điện thoại có tốc độ tƣơng
đƣơng tốc độ đƣờng truyền ADSL, vƣợt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối
của một điện thoại thông thƣờng. HSDPA là một bƣớc tiến nhằm nâng cao tốc độ và
khả năng của mạng di động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS. HSDPA đƣợc thiết kế cho
những ứng dụng dịch vụ dữ liệu nhƣ: dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối email), dịch
vụ tƣơng tác (duyệt web, truy cập server, tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu), và dịch vụ
Streaming.
1.1.4 Hệ thống 4G
Việc triển khai tại một số nƣớc đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G chƣa giải quyết
đƣợc hoặc mới chỉ giải quyết đƣợc một phần đó là :
- Sự khó khăn trong việc tăng liên tục băng thông và tốc độ dữ liệu để thoả mãn nhu
cầu ngày càng đa dạng các dịch vụ đa phƣơng tiện, và các dịch vụ khác với nhu
cầu về chất lƣợng dịch vụ (QoS) và băng thông khác nhau.
- Sự giới hạn của giải phổ sử dụng.
- Mặc dù đƣợc hứa hẹn khả năng chuyển vùng toàn cầu, nhƣng do tồn tại những
chuẩn công nghệ 3G khác nhau nên gây khó khăn trong việc chuyển vùng
(roamming) giữa các môi trƣờng dịch vụ khác biệt trong các băng tần số khác
nhau.
- Thiếu cơ chế chuyển tải “seamless” (liền mạch) giữa đầu cuối với đầu cuối khimở
rộng mạng con di động với mạng cố định.
Trong nỗ lực khắc phục những vấn đề của 3G, để hƣớng tới mục tiêu tạo ra một
mạng di động có khả năng cung cấp cho ngƣời sử dụng các dịch vụ thoại, truyền dữ
liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia tại mọi nơi (anywhere), mọilúc
(anytime), mạng di động thế hệ thứ tƣ - 4G (Fourth Generation) đã đƣợc đề xuất
nghiên cứu và hứa hẹn những bƣớc triển khai đầu tiên trong vòng một thập kỷ nữa.
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 17
Lịch sử ra đời, tổng quan và khái quát về công nghệ 4G(LTE) em sẽ trình bày trong

phần 2 của chƣơng 1.
1.1.5 Thống kê và dự đoán về thông tin di động
Dựa trên nhƣng kiến thức trên ta có thể có cái nhìn tổng quan về hệ thống thông
tin di động. Tiến trình phát triển của công nghệ thông tin di động có thể đƣợc khái quá
qua mô hình dƣới đây:

Hnh 1.4: Tiến trnh phát triển thông tin di động
Báo Lenta của Nga vừa dẫn thông báo của Ericsson cho biết thế giới đã có 6 tỷ
thuê bao di động tính đến tháng 2/2012. Trong đó, số ngƣời thực dùng di động hàng
ngày lên tới hơn 4 tỷ. Tính theo dân số thế giới hiện thời là 7 tỷ thì số ngƣời dùng di
động trên toàn thế giới đã vƣợt 60%. Số thuê bao khác với số ngƣời dùng thực vì một
ngƣời có thể sở hữu nhiều thuê bao.
* Công nghệ di động - thuê bao GSM/EDGE giảm sau 2012
GSM/EDGE sẽ tiếp tục đi đầu về mức tăng trƣởng trong những năm tới cho dù
công nghệ HSPA cũng đang có mức tăng trƣởng nhanh chóng. Lý do cho xu hƣớng
này là vì ngƣời sử dụng ở nhóm thu nhập thấp tại các quốc gia đang phát triển có xu
hƣớng sử dụng các loại điện thoại giá rẻ đồng thời cần thời gian để nâng cấp hệ thống
nền tảng điện thoại. Tuy nhiên, sau năm 2012, xu thế thuê bao GSM/EDGE sẽ giảm.

Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 18


Hnh 1.5: Số lượng thuê bao di động 2008-2017
LTE đang đƣợc triển khai ở một số vùng trên thế giới và có khoảng 1 tỉ thuê
bao vào năm 2017. Tính tới năm 2017, sẽ có khoảng 9 tỉ thuê bao di động.
1.2 Tổng quan LTE/LTE Advanced
1.2.1Lịch sử ra đời LTE
LTE(Long Term Evolution) bắt đầu tiếp tục công việc phát triển hệ thống di

động 3G với Work Shop phát triển node truy nhập vô tuyến RAN, ngày 2-3 tháng 11
năm 2004 tại Toronto, Canada. Work Shop này mở ra tạo đƣợc sự quan tâm của các tổ
chức, các thành viên hay không phải thành viên của 3GPP, các nhà khai thác, các nhà
sản xuất và các tổ chức nghiên cứu đƣa ra hơn 40 ý kiến đóng góp, nhận định và
những đề nghị cho việc phát triển mạng truy nhập vô tuyến.
Để cung cấp các dịch vụ dữ liệu cao hơn và giảm giá thành cho vận hành khai
thác thì việc nghiên cứu tập trung vào các dịch vụ hỗ trợ đƣợc cung cấp từ miền PS
gồm:
- Tăng dung lƣợng hệ thống và giảm giá thành trên bít, cũng nhƣ là tận dụng phổ
2G và 3G có sẵn
- Tốc độ dữ liệu đỉnh tức thời đƣờng xuống là 100 Mbps trong 20 Mhz phổ cấp
phát cho đƣờng xuống (5bps/hz).
- Tốc độ dữ liệu đỉnh tức thời đƣờng lên là 50 Mbps trong 20 Mhz phổ cấp phát
cho đƣờng lên (2.5bps/hz).
- Vùng phủ lớn hơn bằng việc cung cấp dữ liệu cao hơn trên các vùng đất rộng
hơn và mềm dẻo trong sử dụng dải tần có sẵn và dải tần mới.
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 19
- Đạt đƣợc dung lƣợng hệ thống cao hơn tới 3 lần dung lƣợng hệ thống hiện tại
và tăng dữ liệu dịch vụ, nhiều dịch vụ với chi phí thấp hơn.
1.2.2 Mong muốn đặt ra cho LTE
Hệ thống LTE đƣợc mong đợi sẽ cạnh tranh đƣợc trong rất nhiều năm tới nên
các yêu cầu và mục đích thiết lập trƣớc khá nghiêm ngặt. Các mục tiêu chính là tăng
dịch vụ dữ liệu và giảm số ngƣời dùng/ giá khai thác. Đặc biệt hơn là một số yêu cầu
quan trọng và dung lƣợng cuối cùng.
- Trễ thấp: Cho cả ngƣời dùng và điều khiển, với phổ phân bổ là 5 MHz với trễ
cuối cùng dƣới 5 ms.
- Phạm vi băng thông: Băng thông khác nhau có thể đƣợc sử dụng phụ thuộc vào
các yêu cầu (1.25 tới 20 MHz).

- Tốc độ dữ liệu đỉnh: 100 Mbps cho DL và 50 Mbps cho UL.
- Tăng từ 2 tới 3 lần dung lƣợng ở đƣờng lên so với release 6 của HSUPA.
- Lƣu lƣợng ngƣời sử dụng ở đƣờng xuống tăng 3 tới 4 lần so với release 6 của
HSDPA.
- Chỉ hỗ trợ miền chuyển mạch gói.
- Ít nhất là 200 ngƣời sử dụng trong một ô tế bào trong trạng thái tích cực, với
phổ cấp phát lên tới 5 Mhz.
- E- UTRAN cần phải đƣợc tối ƣu hóa cho tốc độ di động thấp từ 0 đến 15 km/h.
- Giảm sự phức tạp của hệ thống và thiết bị đầu cuối.
- Dễ dàng chuyển đổi từ mạng cũ.
- Đơn giản hóa và tối ƣu số lƣợng giao diện.
- E- UTRA sẽ hoạt động theo phổ đƣợc cấp phát theo các kích cỡ khác nhau, bao
gồm 1,25 Mhz, 1,6 Mhz, 2,5 Mhz, 5 Mhz, 10 Mhz, 15 Mhz, 20 Mhz ở cả đƣờng
lên và đƣờng xuống. Việc sử dụng phổ theo cặp hay không theo cặp sẽ đƣợc hỗ
trợ.
- Hệ thống sẽ có thể hỗ trợ khối nội dung phát qua một tập hợp các tài nguyên
bao gồm tài nguyên về băng tần vô tuyến (nhƣ công suất, lập lịch thích nghi, )
trong cùng các băng tần khác. Ở cả đƣờng lên và đƣờng xuống, và cả các kênh
sắp xếp liền kề hay không liền kề. Một tài nguyên băng tần vô tuyến đƣợc định
nghĩa nhƣ một phổ tần đƣợc sử dụng cho một nhà khai thác.
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 20
1.2.3 Các truy cập vô tuyến trong LTE
1.2.3.1 Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDMA
Kỹ thuật OFDM (viết tắt của Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là
một trƣờng hợp đặc biệt của phƣơng pháp điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng
mang phụ trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tính hiệu ở các sóng mang phụ cho phép
chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn
phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với

kỹ thuật điều chế thông thƣờng.
Các khối tài nguyên nào và có bao nhiêu ngƣời dùng nhận đƣợc tại một điểm
nhất định phụ thuộc vào cơ cấu lập danh mục cải tiến trong chiều thời gian và tần số.
Danh mục các tài nguyên có thể đƣợc cập nhật hàng ms, có nghĩa là 2 khối tài
nguyên,rộng 180 kHz và có tổng chiều dài là 1 ms, gọi là khối danh mục. Cơ cấu lập
danh mục trong LTE tƣơng tự nhƣ cơ cấu đƣợc sử dụng trong HSPA và cho phép tối
ƣu hiệu suất cho các dịch vụ khác nhau trong các môi trƣờng vô tuyến khác nhau.
a. Khoảng cách giữa các sóng mang con của OFDM :
Tồn tại 2 tiêu chí cần cân nhắc trong việc chọn sóng mang con :
- Khoảng cách giữa các sóng mang con càng nhỏ càng tốt ( TFFT càng lớn càng
tốt ) để giảm thiểu tỉ lệ chi phí cho CP : TCP / ( TFFT + TCP ).
- Khoảng cách giữa các sóng mang con quá nhỏ sẽ tăng sự nhạy cảm của truyền
dẫn OFDM với trải Doppler .
Khi truyền qua kênh phadinh vô tuyến , do trải Doppler lớn, kênh có thể thay
đổi đáng kể trong đoạn lấy tƣơng quan TFFT dẫn đến trực giao hóa giữa các sóng
mang bị mất và nhiễu giữa các sóng mang .
Trong thực tế, đại lƣợng nhiễu giữa các sóng mang có thể chấp nhận rất lớn tùy
thuộc vào dịch vụ cần cung cấp và mức độ tín hiệu thu chịu đƣợc tạp âm và các nhân
tố gây giảm cấp khác. Chẳng hạn tại biên của một ô lớn tỉ số tín hiệu trên tạp âm cộng
nhiễu có thể khá thấp khi tốc độ số liệu thấp. vì thế một lƣợng nhỏ nhiễu bổ xung giữa
các sóng mang con do trải Doppler có thể bỏ qua. Tuy nhiên trong trƣờng hợp tỷ lệ số
tạp âm cộng nhiễu cao (chẳng hạn trong các ô nhỏ hay tại vị trí gần BS ), khi cần cung
cấp tốc độ số liệu cao, cùng một lƣợng nhiễu giữa các sóng mang con nhƣ trên cũng có
thể gây ảnh hƣởng xấu hơn nhiều .
b. Số lƣợng các sóng mang con :
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 21
Số lƣợng các sóng mang con đƣợc xác định dựa trên băng thông khả dụng và
phát xạ ngoài băng. Độ rộng băng tần cơ sở của tín hiệu OFDM bằng P.∆f , nghĩa là

số sóng mang con nhân với khoảng cách giữa các sóng mang con. Tuy nhiên phổ của
tín hiệu OFDM cơ sở giảm rất chậm bên ngoài độ rộng băng tần OFDM cơ sở. Lý do
gây ra phát xạ ngoài băng lớn là do việc sử dụng tạo dạng xung chữ nhật dẫn đến các
búp sóng bên giảm tƣơng đối chậm. Tuy nhiên trong thực tế lọc hoặc tạo cửa sổ miền
thời gian đƣợc sử dụng để loại bỏ phần lớn các phát xạ ngoài băng của OFDM. Trong
thực tế cần dành 10% băng tần cho băng bảo vệ đới với tín hiệu OFDM. Chẳng hạn
nếu băng thông khả dụng là 5MHz thì độ rộng băng tần OFDM (P∙∆f) chỉ có thể vào
khoảng 4,5MHz. Giả sử LTE sử dụng khoảng cách giữa các sóng mang là 15KHz, thì
điều này tƣơng đƣơng với vào khoảng 300 sóng mang con trong 5MHz .
c. Thu phát tín hiệu OFDM

Hnh 1.6: Sơ đồ thu phát OFDM
Những tín hiệu OFDM đƣợc tạo ra trong miền tần số vì khó tạo ra những băng
lớn các bộ dao động và những máy thu khóa pha trong miền tƣơng tự. Phần máy phát
biến đổi dữ liệu số cần truyền, ánh xạ vào biên độ và pha của các tải phụ. Sau đó nó
biến đổi biểu diễn phổ của dữ liệu vào trong miền thời gian nhờ sử dụng biến đổi
Fourier rời rạc đảo (Inverse Discrecte Fourier Transform). Biến đổi nhanh Fourier đảo
(Inverse Fast Fourier Transform) thực hiện cùng một thuật toán nhƣ IDTF, ngoại trừ
rằng nó tính hiệu quả hơn nhiều và do vậy nó đƣợc sử dụng trong tất cả các hệ thống
thực tế. Để truyền tín hiệu OFDM tín hiệu miền thời gian đƣợc tính toán đƣợc phách
lên tần số cần thiết. Máy thu thực hiện thuật toán ngƣợc lại với máy phát. Khi dịch tính
hiệu RF xuống băng cơ sở để xử lý, sau đó sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT) để
phân tích tín hiệu trong miền tần số. Sau đó biên độ và pha của các tải phụ đƣợc chọn
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 22
ra và đuợc biến đổi ngƣợc lại thành dữ liệu số. Biến đổi nhanh Fourier đảo (IFFT) và
biến đổi Fourier nhanh(FFT) là hàm bổ sung và thuật ngữ thích hợp nhất đƣợc dùng
phụ thuộc vào liệu tín hiệu đang đƣợc thu hoặc đang đƣợc phát. Trong nhiều trƣờng
hợp tín hiệu là độc lập với sự phân biệt này nên thuật ngữ FFT và IFFT có thể đƣợc sử

dụng thay thế cho nhau .
d. kỹ thuật OFDMA
Với tín hiệu OFDM tiêu chuẩn rất hẹp, thiết bị đầu cuối truyền dẫn có thể bị
hiện tƣợng phadinh băng hẹp và can nhiễu. Đó là lý do tại sao 3GPP đã chọn OFDMA
cho đƣờng xuống, trong đó có kết hợp yếu tố của đa truy nhập phân chia thời gian
(TDMA). OFDMA cho phép các nhóm nhỏ của sóng mang con đƣợc cấp phát giao
động giữa những ngƣời dùng khác nhau trên băng tần này, nhƣ trong hình:

Hnh 1.7: OFDMA
Kết quả là một hệ thống mạnh mẽ hơn với công suất tăng lên. Điều này là do
hiệu quả sử dụng ghép kênh ngƣời dùng cấp độ thấp, và khả năng lập lịch trình cho
ngƣời sử dụng bởi tần số, đồng thời làm giảm ảnh hƣởng của phadinh đa đƣờng.
Trong OFDMA, vấn đề đa truy nhập đƣợc thực hiện bằng cách cung cấp cho
mỗi ngƣời dùng một phần trong số các sóng mang có sẵn. Bằng cách này, OFDMA
tƣơng tự nhƣ phƣơng thức đa truy nhập phân chia theo tần số thông thƣờng (FDMA);
tuy nhiên nó không cần thiết có dải phòng vệ lân cận rộng nhƣ trong FDMA để tách
biệt những ngƣời dùng khác nhau. Ƣu điểm cơ bản của hệ thống OFDMA nhảy
tần hơn hẳn các hệ thống DS-CDMA và MC-CDMA là tƣơng đối dễ dàng loại bỏ
đƣợc xuyên nhiễu trong một tế bào bằng cách sử dụng các mẫu nhảy trực giao trong
một tế bào.
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 23
1.2.3.2 Công nghệ đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA
Đối với việc truyền dữ liệu ở hƣớng lên, 3GPP đã chọn một phƣơng thức điều
chế hơi khác một chút. Việc truyền OFDMA phải chịu một PAPR (Peak to Average
Power Ratio - Tỷ lệ côngsuất đỉnh so với trung bình) cao. Điều này có thể dẫn đến
những hệ quả tiêu cực đối với việc thiết kế một bộ phát sóng nhúng trong UE. Đó là
khi truyền dữ liệu từ UE đến mạng, cần có một bộ khuếch đại công suất để nâng tín
hiệu đến lên một mức đủ cao để mạng bắt đƣợc (pick up). Bộ khuếch đại công suất là

một trong những thành phần tiêu thụ năng lƣợng lớn nhất trong một thiết bị, và vì thế
nên có hiệu quả công suất cao càng cao càng tốt để làm tăng tuổi thọ pin của máy.
Tính hiệu quả của bộ khuếch đại công suất phụ thuộc vào hai yếu tố :
- Bộ khuếch đại đó phải có khả năng khuếch đại giá trị đỉnh cao nhất của sóng.
Do những ràng buộc trong chất bán dẫn, giá trị đỉnh này quyết định mức tiêu
thụ năng lƣợng của bộ khuếch đại.
- Tuy nhiên, các giá trị đỉnh của sóng không mang nhiều thông tin hơn chút nào
so với công suất trung bình của tín hiệu trong thời gian truyền nhận. Vì thế, tốc
độ truyền không phụ thuộc vào mức công suất ngõ ra cần thiết cho các giá trị
đỉnh mà phụ thuộc vào mức công suất trung bình của sóng.
Bởi vì cả mức tiêu thụ năng lƣợng lẫn tốc độ truyền đều quan trọng đối với các
nhà thiết kế UE, cho nên bộ khuếch đại công suất nên tiêu thụ càng ít năng lƣợng càng
tốt. Nhƣ vậy, UE nào sử dụng phƣơng thức điều chế có tỉ lệ PAPR càng thấp thì thời
gian hoạt động của nó ở một tốc độ truyền nhất định càng dài.
Một phƣơng thức điều chế tƣơng tự với OFDMA cơ bản, nhƣng có một PAPR
tốt (thấp) hơn, là SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access - Đa
Truy cập Phân Tần MộtKênh truyền duy nhất). Do PAPR của nó tốt hơn, nó đƣợc
3GPP chọn để truyền dữ liệu ở hƣớng lên. Tuy mang cái tên nhƣ vậy song SC-FDMA
cũng truyền dữ liệu qua giao tiếp vô tuyến trong nhiều kênh con, nhƣng bổ sung thêm
một bƣớc xử lý nữa, nhƣ đƣợc minh họa trong hình 1.8 . Thay vì đặt 2, 4 hoặc 6 bit với
nhau nhƣ trong giống OFDM để tạo thành tín hiệu cho một kênh con, khối xử lý bổ
sung trong SC-FDMA trải thông tin của mỗi bit ra trên tất cả các kênh con. Điều này
đƣợc thực hiện nhƣ sau: Cũng một số bit (ví dụ nhƣ 4 đối với điều chế 16-QAM) đƣợc
nhóm lại với nhau, nhƣng trong OFDM, các nhóm bit này là dữ liệu nhập cho hàm
IFFT, còn trong SC-FDMA, các bit này đƣợc đƣa vào một hàm FFT (Fast Fourier
Đồ án Tốt nghiệp Đại học Chƣơng 1. Tổng quan về LTE/LTE Advanced

Phạm Phƣơng Đông – D08VT1 24
Transformation) trƣớc đã. Dữ liệu xuất của quá trình này là cơ sở cho việc tạo ra các
kênh truyền con cho hàm IFFT theo sau. Bởi vì không phải tất cả các kênh con đều

đƣợc dùng bởi UE, nên nhiều kênh đƣợc đặt ở mức không (0) trong đồ thị. Những
kênh này có thể đƣợc dùng bởi các UE khác hoặc không.
Ở phía máy thu, tín hiệu đƣợc giải điều chế, đƣợc khuếch đại và đƣợc xử lý bởi
hàm FFT theo cách giống nhƣ trong OFDMA. Nhƣng biểu đồ biên độ kết quả không
đƣợc phân tích thẳng ra để có đƣợc dòng dữ liệu ban đầu, mà đƣợc nạp vào một hàm
IFFT để gỡ bỏ tác dụng của quá trình
xử lý tín hiệu bổ sung đã đƣợc thực hiện ở phía máy phát. Ra khỏi hàm IFFT này, tín
hiệu lại trở thành tín hiệu miền thời gian. Tiếp đến, tín hiệu miền thời gian này đƣợc
cung cấp cho một khối phát hiện (detector), khối này tái tạo lại các bit dữ liệu ban đầu.
Nhƣ vậy, thay vì phát hiện các bit trên nhiều kênh con khác nhau, ngƣời ta chỉ dùng
một hàm phát hiện duy nhất trên một kênh truyền duy nhất.

Hnh 1.8: Thu và phát SC-FDMA
Điều chế SC-FDMA cho các cuộc truyền hƣớng lên.
Những khác biệt giữa OFDM và SC-FDMA có thể đƣợc tổng kết nhƣ sau:
OFDM tạo ra các nhóm bit nhập (các con số 0 và 1) để lắp ráp vào các kênh con; sau
đó các kênh con này đƣợc xử lý bởi hàm IFFT để có đƣợc một tín hiệu miền thời gian.
Ngƣợc lại, SC-FDMA trƣớc hết chạy một hàm FFT trên các nhóm bit dữ liệu nhập rồi